从势能最低原理看放电过程中带电球平衡位置的移动规律

这两天一直在探讨放电过程中的物体平衡问题，大家争论不休，意见不统一。这次从势能最低原理的角度，看看一看在放电过程中，系统势能的最低点是怎么变化的。

一、试题回放

二、参考解析

三、从势能最低原理看放电过程中小球平衡位置的变化

在几何画板中计算出电荷的重力势能与电势能的值，以横轴为偏转角，以纵轴为总势能，绘制总势能随角度的变化曲线，让其中一个电荷量保持不变，另一个均匀减小，图像自上而下是逐渐放电的过程。

显然，随着放电的进行，系统势能曲线最低点所对应的偏转角逐渐减小，在电荷尚未放完的时候，平衡位置所对应的角度就已经为零了。

因此，随着小球放电的进行，绳子的拉力是先不变，后减小。

四、拓展研究

如果原来两球均不带电，然后设法缓慢给两球充电，绝缘线的拉力如何变化？

第一阶段：随着电荷量的逐渐增加，小球势能最低点一直不变，绝缘线拉力逐渐增大，直至势能最低点偏离圆弧最低点。

第二阶段：随着电荷量的逐渐增加，小球势能最低点离开圆弧最低点，并逐渐向圆弧最高点靠近，此过程中绝缘线拉力保持不变。

第三阶段：随着电荷量的逐渐增加，小球势能最低点到达圆弧最高点，以后电量继续增加，绝缘线拉力逐渐增大。

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